logo Радиевый институт им. В.Г. Хлопина
Написать письмо Добавить в избранное Карта сайта
English version
Об институте Структура История Награды Продукция Публикации События Контакты
поиск по сайту:
Награды
Журнал Радиохимия
Труды
Экологическая политика
Для молодежи
Дискуссия
Объявления
Закупки

ПОСЛЕДНИЕ СОБЫТИЯ

23.01.2012
Радиевому институту им. В.Г. Хлопина исполнилось 90 лет
Подробнее…

28.12.2010
К 80-летию профессора Д.Н. Суглобова
Подробнее…
структура научной части института отделение радиохимических исследований лаборатория научных основ и технологии отверждения радиоактивных отходов основные направления исследований

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ НАУЧНЫХ ОСНОВ И ТЕХНОЛОГИИ ОТВЕРЖДЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

1. Разработка процессов иммобилизации РАО

1.1. Разработка процессов иммобилизации РАО в фосфатные и боросиликатные стекла

В технологии кондиционирования ВАО, оружейного плутония, различных материалов, содержащих плутоний и другие радионуклиды и находящихся в виде пульп, осадков, шламов, целесообразно применять процесс остекловывания.

В лаборатории разработаны рецептуры стекол, рекомендуемых для иммобилизации отходов в зависимости от типа отверждаемых отходов, количественных соотношений фиксируемых компонентов. Установлен диапазон составов боросиликатных и фосфатных стекломатриц, условия их синтеза. Разработана технология для остекловывания плутония и плутонийсодержащих материалов, накопленных на ГХК (г. Железногорск) и ПО "Маяк" (г. Озерск).

В лаборатории ведут работы по синтезу новых материалов, пригодных не только для иммобилизации отходов, но и для изготовления активной части радиоизотопных источников. При синтезе и изучении свойств цезийалюмофосфатного стекла установлено образование нового соединения Cs2LiAl2(PO4)3 со структурой поллуцита.

1.2. Разработка процессов иммобилизации РАО в железофосфатные цементы

В лаборатории разработан способ включения отходов с высоким содержанием натрия (солевые отходы АЭС с реакторами РБМК) в железофосфатную матрицу. Отработаны составы матриц на основе оксидов железа и ортофосфорной кислоты для иммобилизации зольных остатков от сжигания радиоактивных и токсичных отходов, а также отходов других типов (например, почвы, загрязненной радионуклидами).

Технологическая схема получения матрицы железофосфатного цемента:

  • смешивание порошков отходов с оксидами железа и ортофосфорной кислоты;
  • перемешивание смеси до получения однородной пасты;
  • формование пасты;
  • твердение пасты при комнатной температуре в течение 3-4 часов;
  • вызревание в течение примерно 30 дней.
Технологическая схема получения железофосфатной керамики

Содержание отходов в цементах может достигать 35 масс. % ; механическая прочность на сжатие - до 100 кг/см2 ; выщелачивание радиоактивных и токсичных элементов, согласно методикам TCLP и ANS-16.1, - в допустимых пределах.

Преимущества иммобилизации отходов в железофосфатные цементы:

  • радиационная и химическая устойчивость матрицы;
  • высокий процент наполнения матрицы отходами;
  • низкая стоимость матричного материала (оксида железа);
  • возможность использовать в качестве матричного материала отходы металлургического производства (окалина) и природные железосодержащие минералы (магнетит);
  • возможность проведения процесса при комнатной температуре;
  • сокращение объема отходов не менее, чем в 2,5 раза.

1.3. Разработка процессов иммобилизации РАО в керамические матрицы

В лаборатории разработаны процессы введения в монацитовую керамическую матрицу концентратов РЗЭ и ТПЭ, а также отходов, образующихся при конверсии металлического плутония и содержащих 241Am.

Оксалатные осадки (РЗЭ + ТПЭ), накопившиеся на ПО "Маяк" в результате переработки жидких ВАО, предложено перерабатывать в порошки ортофосфатов (РЗЭ + ТПЭ) по схеме:

  • смешивание концентрата (РЗЭ +ТПЭ) в 2 М HNO3 и 80% раствора ортофосфорной кислоты и получение устойчивого коллоидного раствора (РЗЭ +ТПЭ)PO4;
  • кальцинация полученного раствора в тонкопленочном роторном концентраторе с получением тонкодисперсного порошка (РЗЭ +ТПЭ)PO4;
Полученный порошок можно компактировать путем:
  • горячего прессования при давлении 29,4 МПа, температуре 900-1200 °С, времени 0,5 ч;
  • холодного прессования при давлении 1000 кг/см2 с последующим спеканием при температуре 1300 °С в течение 2 ч;
  • включения порошка в железофосфатный цемент.

Для иммобилизации жидких ВАО, содержащих америций, в качестве матричного материала предложено использовать ортофосфат лантана со структурой монацита. Керамическую матрицу получают методами горячего прессования или холодного прессования с последующим спеканием.

1.4. Разработка процессов иммобилизации РАО в губку

Пористый кристаллический матричный материал, изготовленный из полых стеклокристаллических микросфер (ценосфер), извлеченных из летучей золы, образующейся при сжигании каменного угля, способен, подобно губке, впитывать растворы, фиксируя в доступном объеме компоненты РАО. Иммобилизация РАО в пористый стеклокристаллический блок осуществляется с сокращением объема в 5-20 раз в зависимости от солесодержания.

Матрица, содержащая РАО, пригодна для хранения или захоронения отходов, их транспортирования, а также для дальнейшей иммобилизации методами остекловывания или горячего прессования.

Более подробную информацию о проекте "Губка" можно найти здесь: http://www.atom.nw.ru/RIE/projects/gubka/index.htm


2. Аппаратурное оформление процессов иммобилизации отходов

2.1. Применение индукционных плавителей с холодным тиглем

Начиная с 1995 г., в институте проводят исследования, направленные на разработку технологии отверждения высокоактивных отходов с применением индукционных плавителей с холодным тиглем. В лаборатории разработана и запущена экспериментальная установка для индукционного плавления в холодном тигле, позволяющая плавить оксидные материалы и солевую шихту с применением сухого или жидкостного дозирования, а также осуществлять разливку расплава.

Показано, что при применении индукционного плавителя с холодным тиглем в боросиликатную матрицу можно включить до 70 масс. % пульпообразных отходов.

В схеме отверждения отходов предусмотрены использование системы газоочистки, многоуровневый контроль температуры расплава и контроль электрических и энергетических параметров.

Схема отверждения отходов и применением индукционного плавителя с холодным тиглем

2.2. Технология с применением СВЧ-нагрева

Применение метода СВЧ- нагрева в технологии иммобилизации РАО дает ряд преимуществ:
  • возможность одностадийного процесса отверждения РАО;
  • более высокую скорость нагрева материала, чем при радиационном нагреве, так как нагрев происходит в объеме и не зависит от теплопроводности материала;
  • оборудование, которое нуждается в периодическом обслуживании и замене, располагается за пределами зоны с ограниченным доступом персонала.

Для проведения научно-исследовательских работ и выдачи исходных данных на строительство опытно-промышленной установки на Горно-химическом комбинате (г. Железногорск) разработана и совместно с ВНИИТВЧ им. В.П. Вологдина создана установка, в которой осуществляется СВЧ-нагрев флюсованной пульпы.

Блок-схема СВЧ-установки

На установке отработаны технологические режимы синтеза стеклоподобных, стеклокристаллических и минералоподобных композиций. Была проведена серия экспериментов по заполнению тиглей-плавителей. Исследования физико-химических свойств полученного отвержденного продукта показали, что они соответствуют критериям для хранения и захоронения радиоактивных отходов.


Общий вид СВЧ-установки

 
Copyright © 2005-2012  Радиевый институт
Последнее обновление: 25.04.2012